METODO DI CALCOLO SEMPLIFICATO DEL CONSUMO ENERGETICO DEGLI
EDIFICI RESIDENZIALI
(Dott. Renzo Mario Del Duro)
PREMESSA
Con la direttiva 2002/91/CE del 16 dicembre 2002 sul risparmio energetico il
Parlamento Europeo ha imposto a tutti gli Stati membri di emettere le relative leggi
nazionali e i regolamenti applicativi, in modo da renderla operativa entro il 2005. La
direttiva è stata recepita nell'ordinamento italiano con il Decreto Legislativo n. 192
del 19 agosto 2005, le cui più recenti ulteriori modifiche ed integrazioni risalgono al
2011.
La direttiva ha introdotto il concetto di efficienza energetica degli edifici, che deve
tener conto di tutte le tipologie di consumi energetici: l'energia spesa per il
condizionamento (riscaldamento invernale e raffrescamento estivo), l'energia
necessaria per produrre l'acqua calda, per l'illuminazione e gli elettrodomestici.
In tal senso, la direttiva ha previsto l'adozione di un nuovo parametro: il consumo
energetico dell'edificio, misurato in kWh/anno per metro quadrato di superficie utile.
É importante precisare che tutte le tipologie di consumi devono essere espressi in
termini di "energia primaria".
Quest'unità di misura è facile da capire e permette di confrontare tra loro
edifici/abitazioni diverse.
La direttiva prevede che i governi nazionali indichino per legge il limite massimo di
consumo energetico accettabile per edifici nuovi o ristrutturati e che questo limite
venga rivisto (al ribasso) dopo un certo numero d'anni.
CALCOLO DEL CONSUMO ENERGETICO DI UN'ABITAZIONE
Il calcolo del consumo energetico di un'abitazione è molto semplice, se fatto a
consuntivo, e può essere calcolato da chiunque. Segue un esempio per un'abitazione
che consuma energia elettrica e metano.
Bisogna raccogliere tutte le bollette energetiche di un anno e rilevare i consumi
riportandoli in kWh (Kilowattora di energia primaria).
Infatti, i consumi elettrici sono espressi in kWh ma si tratta di energia al consumo
dove, per produrla e consegnarla all'utenza, si passa necessariamente attraverso il
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cosiddetto rendimento del sistema elettrico. Pertanto, i kWh devono essere
moltiplicati per un fattore di trasformazione che mediamente è pari a 2,4.
Per il metano si può considerare che un metro cubo di metano corrisponde in media a
circa 9,8 kWh.
Il totale così ottenuto va diviso per i metri quadrati utili dell'abitazione.
I conteggi possono essere fatti con Microsoft Excel. La prima cosa da fare è
individuare i dati caratteristici della vostra casa, appartamento o ufficio, in
particolare la superficie utile in metri quadrati.
Questo dato si rileva facilmente dalla bolletta dei rifiuti oppure dalla planimetria
allegata al rogito notarile. Nel nostro caso il totale dei mq. è 124.
A questo punto rilevate i consumi dalle bollette, sia per quanto riguarda l'energia
elettrica che il riscaldamento. Per esser più precisi occorrerebbe rilevare le letture
effettive dei contatori e relative date. Sempre nell'ottica di ottenere un risultato più
preciso occorrerebbe considerare più di 1 anno (almeno 3) e rilevare dalle bollette le
letture effettive.
Per quanto riguarda il riscaldamento (nel nostro caso a gas metano) occorre rilevare i
metri cubi consumati. Non importa che le letture del gas e quelle dell'energia siano
disponibili alle stesse date. Basta prendere come riferimento quelle disponibili per
l'energia elettrica e ricondurre i consumi per riscaldamento ai medesimi giorni di
riferimento.
Per tanto, per il gas occorrono almeno 2 letture, la prima sarà la lettura più antica di
cui disponete e la seconda sarà quella più recente o comunque riferibile alla fine
dell'ultimo anno. Sottraete la prima lettura della seconda ed avrete il totale dei metri
cubi (o litri di gasolio) di tutto il periodo, quindi dividete per i giorni effettivi (1 anno =
365 giorni) in modo da ottenere il consumo medio giornaliero.
A questo punto moltiplicate il consumo medio giornaliero del gas per 365, oppure per i
giorni effettivi intercorrenti tra le 2 letture che si riferiscono alla bolletta
dell'energia elettrica, presa come base prima.
I giorni effettivi possono essere calcolati con Excel: impostare su due celle contigue il
formato cella = data; digitare le due date; in una terza cella con formato = numero,
sottrarre la data più recente da quella più antica.
Per ottenere il consumo energetico dell'edificio, misurato in kWh/anno per metro
quadrato di superficie utile, calcolare il riepilogo generale dei dati, anno per anno. Il
dato finale, cioè il consumo energetico medio dell'edificio, è ottenuto dividendo il
totale dei kilowattora (energia elettrica + combustibili per riscaldamento) per il
numero dei giorni, moltiplicato 365 e quindi diviso per la superficie in metri quadri.
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A livello di appartamento, questo dato copre sia il riscaldamento invernale che il
condizionamento estivo, la produzione di acqua calda e il consumo per illuminazione ed
elettrodomestici. Sono da tenere fuori esclusivamente i consumi relativi alle parti
comuni (ad esempio luce scale), ascensore, lampade del giardino condominiale e
qualsiasi altro consumo espresso in Kilowattora che non si riferisce esclusivamente
all'immobile in questione. Sono da includere invece anche i kilowattora del proprio
garage e o della cantina, ma soltanto se nella metratura totale questi locali sono
inclusi.
Il dato precedentemente ottenuto di consumo energetico medio dell'edificio può
essere assunto come indice di prestazione energetica EP in quanto esprime il consumofabbisogno di energia primaria totale riferito all’unità di superficie utile, espresso in
kWh/m2 anno.
Esso rappresenta la sommatoria dei vari indici di prestazione energetica EP parziale
che esprimono il consumo-fabbisogno di energia primaria parziale riferito ad un
singolo uso energetico dell’edificio (ad esempio: alla sola climatizzazione invernale e/o
alla climatizzazione estiva e/o alla produzione di acqua calda per usi sanitari e/o
illuminazione artificiale) riferito all’unità di superficie utile, espressi in kWh/m2 anno.
CLASSE ENERGETICA DI UN EDIFICIO
Adottando un approccio pragmatico si può direttamente determinare la Classe
energetica dell'edificio mediante il consumo energetico dell'edificio.
Un edificio può essere classificato secondo le possibili classi energetiche di
riferimento (A+, A, B, C, D, E, F, G) in base al consumo di energia primaria per il
riscaldamento invernale, espresso in kWh/anno per mq di superficie utile, oppure in
kWh/anno per metro cubo di volume (vedi figura seguente). I fattori che entrano in
gioco per la determinazione del fabbisogno energetico di un edificio sono molteplici e
riguardano sia la tipologia del riscaldamento presente, sia le tipologie di materiali,
pareti e serramenti, che costituiscono l'involucro di un edificio. Grazie a questo
parametro, i proprietari o gli acquirenti di immobili possono avere un'idea del suo
fabbisogno medio di energia per il riscaldamento ed effettuare una comparazione tra
diverse costruzioni.
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Classi energetiche di un edificio, con il corrispondente valore limite per il riscaldamento invernale.
Deve essere precisato che le case costruite in Italia negli ultimi 50 anni in genere
sono molto scadenti dal punto di vista energetico: i consumi specifici si aggirano tra i
150 e i 250 kWh/m2anno.
In Germania, dove la certificazione energetica degli edifici è applicata da qualche
anno, il limite attuale per edifici nuovi o ristrutturati è di 70 Kwh/m2anno (e in
Germania fa molto più freddo che da noi..).
Per dare un’idea concreta del significato di questi fabbisogni termici, ipotizziamo di
dover fornire energia a un appartamento monofamiliare da 100 m2 in un edificio
italiano con caratteristiche medie.
Ammettendo che il consumo specifico dell’abitazione (costruzione media anni ‘80) sia
di 180 kWh/m2a, il consumo annuale dell’appartamento sarà in totale di 18.000 kWh.
Circa 2.000 kWh saranno dovuti ai consumi elettrici.
Per la produzione d’acqua calda sanitaria viene utilizzato circa il 20-25% dell’energia
termica complessiva, che equivalgono ad altri 3.000 kWh.
Se volessimo mantenere i consumi energetici della nostra ipotetica abitazione nei
limiti imposti in Germania è evidente che qualsiasi intervento sul costruito riuscirebbe
ad ottenere tale obiettivo: bisogna pertanto progettare accuratamente le nuove
costruzioni.
Comunque, dal 1° gennaio 2012 è obbligatorio dichiarare l’indice di prestazione
energetica in tutti gli annunci immobiliari. Infatti, il Decreto Legislativo 3 marzo 2011,
n. 28, (art. 13, lett. c), emanato in attuazione della Direttiva Europea 2009/28/CE
sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, prevede che, a decorrere dal
1° gennaio 2012, gli annunci commerciali di vendita di edifici o di singole unità
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immobiliari riportino l’indice di prestazione energetica contenuto nell’Attestato di
Certificazione Energetica (ACE).
VERIFICA DEL PROGETTO SECONDO I LIMITI DI LEGGE
Secondo le indicazioni della direttiva 2002/91/CE la metodologia di calcolo per la
classificazione delle prestazioni energetiche degli edifici in regime invernale ed estivo
può essere differenziata su base regionale, ciò che risulta confermato nell’art 17
(clausola di cedevolezza) del d.lgs. 19 agosto 2005, n. 192 di recepimento della
direttiva.
Peraltro, la legislazione italiana aveva anticipato quella europea con la Legge 10/1991,
Norme per l’attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso razionale
dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia.
Inoltre, per rispettare le indicazioni della suddetta direttiva, la metodologia di calcolo
da adottarsi deve seguire una impostazione comune in modo da contribuire alla
creazione di un contesto omogeneo per le iniziative di risparmio energetico degli Stati
membri nel settore edile e introdurre un elemento di trasparenza sul mercato
immobiliare comunitario. Di fatto, quindi, la metodologia dovrebbe risultare coerente
con la normativa europea applicabile (ovvero, in Italia, le norme UNI-EN e UNI EN
ISO). A tale proposito la direttiva fa esplicito riferimento alla norma (UNI) EN 832 e
al progetto di norma prEN 13790 che dovrebbe sostituire quanto prima la EN 832. Per
quanto riguarda il calcolo dei fabbisogni energetici invernali la procedura di calcolo da
seguire è quella indicata dalla norma UNI EN 832 Prestazione termica degli edifici Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento – Edifici residenziali e dalle
seguenti norme europee (o internazionali) ad essa complementari:
- UNI EN ISO 6946 Componenti e elementi per edilizia - Resistenza termica e
trasmittanza termica - Metodo di calcolo.
- UNI EN ISO 10077-1 Prestazione termica di finestre, porte e chiusure - Calcolo
della trasmittanza termica – Metodo semplificato;
- UNI EN ISO 10211-1 Ponti termici in edilizia - Flussi termici e temperature
superficiali - Metodi generali di calcolo;
- UNI EN ISO 13370 Prestazione termica degli edifici - Trasferimento di calore
attraverso il terreno - Metodi di calcolo;
- UNI EN ISO 13786 Prestazione termica dei componenti per edilizia Caratteristiche termiche dinamiche - Metodi di calcolo;
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- UNI EN ISO 13789 Prestazione termica degli edifici - Coefficiente di perdita di
calore per trasmissione - Metodo di calcolo;
- UNI EN ISO 14683 Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione termica
lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento.
Da questo punto di vista il d.lgs. 19 agosto 2005, n. 192 elimina alcune ambiguità
relative alle normative UNI precedenti (7357, 10344) che risultano definitivamente
superate.
Rimandando ai vari aggiornamenti legislativi che si sono succeduti dal 2005 in poi, deve
essere evidenziato che lo spirito della direttiva 2002/91/CE è rimasto incentrato
nella classificazione energetica degli edifici.
Per la classificazione degli edifici dovrebbe essere considerato il parametro di
valutazione (EPI) che tiene conto della somma degli indici di prestazione energetica
per la climatizzazione invernale ed estiva, per la preparazione di acqua calda sanitaria
e per l'illuminazione.
Tuttavia, inizialmente viene adottato il parametro di valutazione EPgl che comprende
esclusivamente la somma dell'indice di prestazione energetica per la climatizzazione
invernale e quello per la produzione dell'acqua calda sanitaria.
L’indice EPgl è dato dalla somma di:
- indice di prestazione energetica dell’edificio per la climatizzazione invernale (EPi)
- indice di prestazione energetica per la produzione dell’acqua calda sanitaria (EPacs),
EPgl = EPi + EPacs
Per non entrare nel merito delle complesse procedure di calcolo, viene di seguito
presentato un metodo semplificato per determinare, sulla base di alcuni dati di
progetto, la classe energetica della propria abitazione. La normativa, peraltro, precisa
che il fabbisogno energetico delle nuove costruzioni dovrà essere contenuto entro la
fascia C e, pertanto il metodo presentato (avente buone caratteristiche di
approssimazione) può essere applicato solo alle costruzioni esistenti.
Per la determinazione esatta dell’Indice di Prestazione Energetica (EPi) per la
climatizzazione invernale si può, come stabilito nel D.M. 26/01/2010, utilizzare lo
schema di procedura semplificata di cui all’allegato G al D.M. 7/4/2008 o quello
previsto all’allegato 2 al D.M. 26/6/2009. In pratica l'EPI, che indica il "consumo
globale annuo a metro quadro di superficie", ed è espresso in kWh/mq anno, è dato da:
EPi = FABBISOGNO ANNUO / AREA UTILE
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Il fabbisogno in questione è il "fabbisogno di energia termica dell'edificio" (QH),
espresso in kWh, che è dato semplicemente dalla formula:
QH = 0,024 x HT x GG
dove:
GG è il valore dei Gradi-Giorno per la località in cui è sito l'edificio
HT è dato dalla sommatoria, per ogni elemento edilizio facente parte dell'involucro
che racchiude il volume riscaldato, del prodotto della singola trasmittanza (Ui) per la
relativa superficie esterna (Si): QH = U1 x S1 + U2 x S2 + ...
Relativamente ai Gradi-Giorno deve essere ricordato che, ai soli fini della
classificazione energetica degli edifici, l'Italia è suddivisa territorialmente in sei
diverse zone climatiche (A, B, C, D, E, F: v. figura), che non sono individuate dalla loro
localizzazione geografica bensì dalla loro temperatura: l'unità di misura utilizzata per
identificare la zona climatica di appartenenza di ciascun Comune è il cosiddetto
"Grado-Giorno" (GG), che equivale alla somma (riferita al periodo di funzionamento
dell'impianto di climatizzazione invernale) delle differenze giornaliere tra la
temperatura media esterna giornaliera e la temperatura ambiente di 20 gradi (ad es.,
Genova = 1.435 GG). Più alto è il valore dei "gradi-giorno", più il clima è rigido e quindi
più elevato tende ad essere l'indice di prestazione energetica di un edificio. In
funzione della zona climatica di appartenenza del Comune in cui è ubicato l'edificio e
in relazione alla sua destinazione d'uso, vengono definiti i valori limite associati a
ciascuna classe di consumo, dalla A+ alla G, per la prestazione energetica relativa al
riscaldamento invernale.
Di seguito viene riportata una mappa che fornisce, a grandi linee, un'idea delle varie
zone climatiche in cui è suddiviso il territorio italiano.
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Per avere una misura reale dei consumi energetici dell'edificio/abitazione è
necessario conoscerne le dimensioni e la forma. I dati possono essere ricavati da
piante, prospetti, planimetrie dell’edificio o misurando direttamente con una fettuccia
le dimensioni. Andranno allora rilevati:
VOLUME LORDO RISCALDATO (V)
Nel calcolo del volume lordo andranno inclusi i muri esterni e andranno escluse le parti
di edificio non riscaldate (interrati, mansarde, magazzini, garage,ecc).
SUPERFICIE UTILE (Sp)
La superficie dei piani è la somma delle superfici calpestabili di ciascun piano e deve
comprendere le aree ricoperte da muri divisori, ma escludere i muri perimetrali e i
locali non riscaldati.
SUPERFICIE DISPERDENTE (Sd)
La superficie disperdente è data dalla somma delle singole superfici che delimitano il
volume lordo riscaldato V (pareti perimetrali, tetti, solai di piano terra).
Secondo il Dlgs 311/06 ad ogni valore di Sd/V corrisponde un valore limite di indice di
prestazione energetica (EPI limite) che deve essere rispettato per le nuove
costruzioni ed i risanamenti. Per ciascuna zona climatica i valori di riferimento di EPI
limite, dal 01/01/2010, sono:
Zona climatica
Rapporto di
forma
A
B
C
D
E
F
dell'edificio fino a
oltre
a 601 a 900 a 901 a 1400 a 1401 a 2100 a 2101 a 3000
S/V
600
3000
GG
GG
GG
GG
GG
GG
GG
GG
GG
GG
<= 0,2
8,5
8,5
12,8
12,8
21,3
21,3
34
34
46,8
46,8
>= 0,9
36
36
48
48
68
68
88
88
116
116
VERIFICARE CHE: EPi < EPi limite
In alternativa se il rapporto tra superficie trasparente complessiva dell’edificio e la
sua superficie utile è inferiore a 0.18 si può attribuire direttamente all’edificio un
valore di EPi =EPi limite , se in contemporanea si verificano le seguenti prescrizioni
sugli impianti e sull’involucro:
- Rendimento termico utile (a carico pari al 100% di Pn) > X + 2 log Pn Con X=90 per le
zone climatiche A, B e C, e X=93 per le zone D, E e F
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- Se Pn > 400 KW, si applica il limite massimo corrispondente a 400 KW
- T media fluido termovettore in condizione di progetto < 60°C
- Installazione centralina di termoregolazione programmabile in ogni unità immobiliare
e dispositivi per la regolazione della temperatura ambiente nei singoli locali o nelle
singole zone con caratteristiche uniformi dell’edificio per prevenire il
surriscaldamento dovuto agli apporti gratuiti
- Nel caso di istallazione di pompe di calore elettriche o a gas: rendimento utile in
condizioni nominale riferito all’en. primaria (ηu) ≥ (90+3logPn). La verifica è fatta
utilizzando come fattore di conversione tra energia elettrica ed energia primaria il
valore di riferimento per la conversione tra KWh elettrici e MJ definito con
provvedimento dell'Autorità per l'energia elettrica e il gas, al fine di tener conto
dell'efficienza media di produzione del parco termoelettrico, e suoi successivi
aggiornamenti 1.
- Trasmittanza strutture opache verticali ≤ valori vigenti di legge
- Trasmittanza strutture opache orizzontali ≤ valori vigenti di legge
- Trasmittanza chiusure trasparenti ≤ valori vigenti di legge
- Trasmittanza vetri ≤ valori vigenti di legge
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A tal proposito si veda anche "L'energia primaria consumata da un edificio: fattori di conversione", pubblicazione
elettronica sul sito web http://viatec.xoom.it, 2012.
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